紅沿河核電機組大修執行汽輪機空載快冷標準探索

蔣 磊

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000)

1 背景

核電站為降低汽輪機停機后的整體溫度，多采用滑參數停機的方式來達到汽輪機冷卻的目的，在冷卻過程中，選擇機組在空載平臺運行或者廠用電平臺運行[1]。停機后的汽輪機自然冷卻過程中內部換熱主要以熱輻射和熱傳導為主，包括內外缸之間、葉片和隔板之間、轉子與缸體之間的熱輻射換熱，缸體與隔板、轉子與軸承的熱傳導，以及汽缸外表面與空氣之間的熱對流[2]。核電機組在停機后自然冷卻耗時很長，降溫消耗的時間嚴重影響了機組可用率和機組檢修、啟動的進度[3]。紅沿河核電廠一期4臺機組采用中國自主知識產權的CPR1000核電技術，目前該核電廠大修采用解列后汽輪機高中壓缸空載快速冷卻與自然冷卻相結合的方式，即隔離GSS二級再熱器，保持汽輪機1500 r/min空載3.5 h左右[4]，空載冷卻之后進行自然冷卻，通過該方式加快高中壓缸的冷卻速度，盡快開展常規島檢修(二回路相關系統)工作。空載冷卻可縮短常規島檢修關鍵路徑時間，但增加核島(一回路相關系統)檢修關鍵路徑工作3.5 h左右。綜合整體檢修工期情況，需制定執行空載快冷的標準，以實現大修工期收益。

2 空載冷卻數據分析

2.1 常規島與核島大修工期對比

常規島與核島檢修邏輯關系如圖1所示，常規島大修工期以解列為起點，以具備轉水作為結束點；核島大修工期以解列為起點，以并網作為結束點；常規島與核島大修路徑匯合點為轉水轉汽。下文以轉水節點為準，對比核島和常規島工期。

圖1 常規島、核島檢修邏輯關系

2.2 高中壓缸冷卻時間分析

目前紅沿河核電空載冷卻的計劃時間為3.5 h，各機組特性不同，冷卻時間略有差異，同機組的不同大修執行快冷后的高中壓缸冷卻時間基本相同。詳細數據如表1所示。

表1 高中壓缸冷卻數據

空載快冷后平均冷卻時間1號機組為56.4 h，2號機組為63 h，3號機組約為54.3 h，4號機組約為45.5 h。

H205未執行快冷，冷卻時間達89.5 h，比平均冷卻時間長約27 h；H401快冷1.33 h，冷卻時間為67.17 h，比平均時間長約22 h。

2.3 高中壓缸冷卻速率分析

各機組近幾輪大修解列及打閘時高中壓缸最高溫度如下，根據空載時間計算出空載冷卻的速率，詳見表1。

根據空載冷卻的降溫速率計算，1號機組空載快冷的溫降平均速率為8.45 ℃/h，2號機組空載快冷的溫降平均速率為7.17 ℃/h，3號機組空載快冷的溫降平均速率為6.96 ℃/h，4號機組空載快冷的溫降平均速率為10.68 ℃/h。

理論冷卻時間延長=快冷平均速率x(3.5-計劃空載時間)/冷卻平均速率。

根據實際停留時間，H205理論冷卻時間延長=7.17×(3.5-0.72)/0.84=23.73 h；H401理論冷卻時間延長=10.68×(3.5-1.33)/1.08=21.46 h，與實際27 h、22 h基本吻合。

按此計算空載2 h、1 h、不執行(0.5 h實際停留時間)計算預計延長冷卻時間，如表2所示。

表2 各機組預計延長冷卻時間 單位：h

因此由以上計算預計，常規島高中壓缸冷卻在空載2 h情況下，增加約0.5天工期；空載1 h情況下，增加約1天工期；不實施空載冷卻增加1～1.5天工期。

2.4 核島與常規島相互影響分析

對比參考計劃：核島解列至M10(進入MCS)57 h，解列至M13(開反應堆大蓋開始)72.5 h，解列至M14(開始起吊反應堆大蓋)95 h，至M20(卸料前堆坑滿水)100 h。

根據快冷后常規島冷卻平均時間計算，冷卻至120 ℃時核島處于M10-M13之間，不實施快冷120 ℃時核島處于M14-M20之間。綜合不同冷卻時間對比如圖2所示。

執行快冷常規島冷卻至120 ℃時，核島此時RRA正過渡至MCS模式(M10階段)。

執行2 h快冷時，常規島冷卻至120 ℃時，核島處于排水、準備開蓋階段。

執行1 h快冷時，常規島冷卻至120 ℃時，核島處于開蓋階段。

不執行快冷時，常規島冷卻至120 ℃時，核島處于開蓋后期，起吊大蓋，準備充水階段。

核電大修期間的檢修工作主要在主隔離下開展，主隔離指在確保安全的前提下，針對具有共同隔離邊界或可被共同隔離邊界所包容的工作設置的較大范圍隔離，以避免隔離措施復雜化和重復化[5]。圖3以H105、H303大修為例，前3天出票為常規島出票高峰期。核島大修第3天進入MCS模式，開始實施MCS模式下的主隔離、開蓋和PMC試驗。H105由于GSS002VV漏氣影響冷卻第4天發出ADT GGR 00主隔離票，H303正常冷卻，第3天發票。

圖3 常規島核島出票分析

綜合以上分析，核島與常規島無明顯資源沖突。

3 建議標準

經上述分析，建議標準如下(以實施快冷為前提，NI-CI為計劃工期差值)。

a.NI-CI≤0.5天時，將常規島檢修作為大修關鍵路徑控制，此情況必須執行快冷。

b.0.5天< NI-CI ≤1 天時，一般情況下均有缸的檢修，若不實施空載快冷，則會延長常規島檢修工期至少1天時間，從而影響大修工期，綜合考慮核島工期優化。此情況執行快冷2 h。

c.1天< NI-CI ≤1.5 天時，此時常規島與核島有相對較大裕度，綜合考慮核島工期優化。此情況執行快冷1 h。

d.NI-CI >1.5天時，不執行快冷，常規島不會成為大修關鍵路徑。此情況不執行快冷。